Kubernetes之標簽與Pod控制器詳解

一、標簽

標簽的主要作用：解決同類型的資源對象越來越多，為了更好的管理，按照標簽分組；

常用的標簽分類：

• release（版本）：stable（穩定版）、canary（金絲雀版本、可以理解為測試版）、beta（測試版）
• environment（環境變量）：dev（開發）、qa（測試）、production（生產）
• application（應用）：ui、as（應用軟件）、pc、sc
• tier（架構層級）：frontend（前端）、backend（后端）、cache（緩存、隱藏）
• partition（分區）：customerA（客戶A）、customerB（客戶B）
• track（品控級別）：daily（每天）、weekly（每周）

K8s集群中雖然沒有對有嚴格的要求，但是標簽還是要做到：見名知意！方便自己也方便別人！

常用的命令有：

[root@master yaml]# kubectl get pod --show-labels    //顯示pod的標簽
[root@master yaml]# kubectl get pod -L env       //顯示鍵對應的值
[root@master yaml]# kubectl get pod -l env             //通過小l查看僅包含env標簽的資源
[root@master yaml]# kubectl get pod -l env  --show-labels      //顯示對應的鍵值
[root@master yaml]# kubectl label pod labels app=pc     //給pod打標簽
[root@master yaml]# kubectl label pod labels app-          //去除標簽
[root@master yaml]# kubectl label pod labels env=dev --overwrite    //修改標簽內容

標簽與標簽選擇器的關系：

• 如果標簽有多個，標簽選擇器選擇其中一個，也可以關聯成功！
• 如果選擇器有多個，那么標簽必須滿足標簽選擇器的條件，才可關聯成功！

標簽選擇器：標簽的查詢過濾條件
基于等值關系的（equality-based）：”=“、”==“、”！=“前兩個等于，最后一個不等于
基于集合關系（set-based）：in、notin、exists三種；

selector:
  matchLables:                 //指定等值關系的標簽選擇器
    app: nginx
  matchExpressions:             //基于集合的標簽選擇器。選擇器列表間為”邏輯與“關系；使用In或NotIn操作是，其values不強制要求為空的字符串列表，而使用Exists或DostNotExists時，其values必須為空；
    - {key: name,operator: In,values: [zhangsan,lisi]}
    - {key: age,operator: Exists,values:}

使用標簽選擇器的邏輯：

• 同時指定的多個選擇器之間的邏輯關系為”與“操作；
• 使用空值的標簽選擇器意味著每個資源對象都將被選擇中；
• 空的標簽選擇器無法選中任何資源；

二、常見的Pod控制器

Pod控制器基本概念：

Pod是kubernetes的最小單元，自主式創建的pod刪除就沒有了，但是通過資源控制器創建的pod如果刪除還會重建。pod控制器就是用于實現代替我們去管理pod的中間層，并幫我們確保每一個pod資源處于我們所定義或者所期望的目標狀態，pod資源出現故障首先要重啟容器，如果一直重啟有問題的話會基于某種策略重新編排。自動適應期望pod數量。

Kubernetes中內建了很多controller（控制器），這些相當于?個狀態機，?來控制Pod的具體狀態和?為。

Pod控制器有很多種類型，但是目前kubernetes中常用的控制器有：

• Replication Controller（RC）：是Kubernetes系統中的核心概念，用于定義Pod副本的數量。在Master內，RC進程通過RC的定義來完成Pod的創建、監控、啟停等操作。根據RC定義，Kubernetes能夠確保在任意時刻都能運行用于指定的Pod"副本"（Replica）數量。隨著kubernetes的迭代更新，RC即將被廢棄，逐漸被ReplicaSet替代；
• ReplicaSet（RS）：它的核心作用是代用戶創建指定數量的Pod副本，并確定Pod副本一直處于滿足用戶期望數量的狀態，多退少補，同時支持擴縮容機制。主要有三個組件：用戶期望的Pod副本數量；標簽選擇器，選擇屬于自己管理和控制的Pod；當前Pod數量不滿足用戶期望數量時，根據資源模板進行新建；
• Deployment：工作在ReplicaSet之上，用于管理無狀態應用，除了ReplicaSet的機制，還增加了滾動更新和回滾功能，提供聲明式配置；
• DaemonSet：用于確保集群中的每一個節點只運行特定的pod副本，通常用于實現系統級后臺任務。比如ELK服務。要求：服務是無狀態的；服務必須是守護進程；

Pod控制器通常包含三個組成部分：

• replicas：期望的pod對象副本數量；
• selector：當前控制器匹配Pod對此項副本的標簽選擇器；
• template：pod副本的模板；

1）Replication Controller（RC）

基本概念

Replication Controller 簡稱RC，它能確保任何時候Kubernetes集群中有指定數量的pod副本(replicas)在運行， 如果少于指定數量的pod副本(replicas)，Replication Controller會啟動新的Container，反之會殺死多余的以保證數量不變。Replication Controller使用預先定義的pod模板創建pods，一旦創建成功，pod 模板和創建的pods沒有任何關聯，可以修改pod 模板而不會對已創建pods有任何影響，也可以直接更新通過Replication Controller創建的pods。對于利用pod 模板創建的pods，Replication Controller根據label selector來關聯，通過修改pods的label可以刪除對應的pods。

最初Replication Controller 是用于復制和在異常時重新調度節點的唯一kubernetes組件，后來逐漸被replicaSet代替了。現在基本上很少見到Replication Controller，它即將被廢棄。但是有的kubernates容器環境還是有可能會有RC，所以還是有必要知道它的用法。

根據Replication Controller的定義，Kubernetes能夠確保在任意時刻都能運行用于指定的Pod"副本"（Replica）數量。如果有過多的Pod副本在運行，系統就會停掉一些Pod；如果運行的Pod副本數量太少，系統就會再啟動一些Pod，總之，通過RC的定義，Kubernetes總是保證集群中運行著用戶期望的副本數量。

Replication Controller（RC）的特點：

• 確保Pod數量；
• 確保Pod健康；
• 彈性伸縮；
• 滾動更新；

應用示例

[root@master yaml]# vim rc.yaml 
kind:  ReplicationController 
apiVersion: v1
metadata:
  name: http-rc
spec:
  replicas: 2
    selector:
      name: http-rc
  template:
    metadata:
      labels:
        name: http-rc
    spec:
      containers:
      - name: http-rc
        image: httpd
[root@master yaml]# kubectl apply -f rc.yaml
[root@master yaml]# kubectl get rc http-rc 
NAME      DESIRED   CURRENT   READY   AGE
http-rc   2         2         2       103s
[root@master yaml]# kubectl get pod -o wide
NAME            READY   STATUS    RESTARTS   AGE   IP           NODE     NOMINATED NODE   READINESS GATES
http-rc-l2sp6   1/1     Running   0          98s   10.244.1.5   node01   <none>           <none>
http-rc-xghkm   1/1     Running   0          98s   10.244.2.5   node02   <none>           <none>
[root@master yaml]# kubectl delete -f rc.yaml 

2）ReplicaSet （RS）

基本概念

ReplicaSet是Replication Controller的替代者，確保Pod副本數在任一時刻都精確滿足期望值。用來確保容器應用的副本數始終保持在用戶定義的副本數，即如果有容器異常退出，會自動創建新的Pod來替代；而如果異常多出來的容器也會自動回收。雖然ReplicaSet可以獨立使用，但一般還是建議使用 Deployment 來自動管理ReplicaSet，這樣就無需擔心跟其他機制的不兼容問題（比如ReplicaSet不支持rolling-update但Deployment支持）。也就是說Replicaset通常不會直接創建，而是在創建最高層級的deployment資源時自動創建。

RS與RC相比，RS不僅支持等值的標簽器，而且還支持基于集合的標簽選擇器；

ReplicaSet（RS）主要功能：

• 確保Pod數量；
• 確保Pod健康；
• 彈性伸縮；
• 滾動更新；

應用示例

[root@master yaml]# cat rs.yaml 
kind:  ReplicaSet
apiVersion: apps/v1
metadata:
  name: http-rs
spec:
  replicas: 2
  selector:
    matchLabels:
      name: http-rs
  template:
    metadata:
      labels:
        name: http-rs
    spec:
      containers:
      - name: http-rs
        image: httpd
[root@master yaml]# kubectl apply -f rs.yaml 
[root@master yaml]# kubectl get rs http-rs 
NAME      DESIRED   CURRENT   READY   AGE
http-rs   2         2         2       11s
[root@master yaml]# kubectl get pod -o wide
NAME            READY   STATUS    RESTARTS   AGE   IP           NODE     NOMINATED NODE   READINESS GATES
http-rs-2sstf   1/1     Running   0          19s   10.244.1.6   node01   <none>           <none>
http-rs-jm8ph   1/1     Running   0          19s   10.244.2.6   node02   <none>           <none>
[root@master yaml]# kubectl delete -f rs.yaml 

根據上面的yaml文件可以看出，ReplicaSet和Replication Controller的template部分是一樣的，但是selector處不一樣。Replication Controller用selector , ReplicaSet用 selector.matchLables選擇器 ，這樣更簡單，更具有表達力！

RS支持的spec.selector 支持matchLabels和matchExpressions兩種匹配機制!

ReplicaSet 與 Replication Controller 的區別

• ReplicaSet 標簽選擇器的能力更強；
• Replication Controller只能指定標簽名：標簽值；
• Replicaset 可以指定env=pro,env=devel ,也可以指定只要包含env標簽就行，理解為env=*；

總之，目前來說，RS可以代替RC的所有的功能，而且RC已經處于快被淘汰的邊緣！

3）Deployment

基本概念

Deployment構建于ReplicaSet之上，支持事件和狀態查看、回滾、版本記錄、暫停和啟動升級；Deployment有多種自動更新方案：Recreate，先刪除再新建；RollingUpdate，滾動升級，逐步替換。Deployment為Pod和Replica Set（下一代Replication Controller）提供聲明式更新，它可以更加方便的管理Pod和Replica Set。只需要在 Deployment 中描述想要的目標狀態是什么，Deployment controller 就會幫您將 Pod 和ReplicaSet 的實際狀態改變到您的目標狀態。此外，也可以定義一個全新的 Deployment 來創建 ReplicaSet 或刪除已有Deployment 并創建一個新的來替換。

Deployment控制器典型的應用如下：

• 使用Deployment來創建ReplicaSet (即RS)。RS在后臺創建pod。檢查啟動狀態，看它是成功還是失敗；
• 接著通過更新Deployment的PodTemplateSpec字段來聲明Pod的新狀態；這會創建一個新的RS，Deployment會按照控制的速率將pod從舊的RS移動到新的RS中；
• 如果當前狀態不穩定，回滾到之前的Deployment revision。每次回滾都會更新Deployment的revision；
• 擴容Deployment以滿足更高的負載；
• 暫停Deployment來應用PodTemplateSpec的多個修復，然后恢復上線；
• 根據Deployment 的狀態判斷上線是否hang住了；
• 清除舊的不必要的 ReplicaSet；

Deployment和RC、RS一樣都是Kubernetes的一個核心內容，主要職責同樣是為了保證pod的數量和健康，90%的功能與Replication Controller完全一樣，可以看做新一代的Replication Controller。

但是，它又具備了Replication Controller之外的新特性：

• RC的全部功能；
• 事件和狀態查看；
• 回滾；
• 版本記錄；
• 暫停和啟動；
• 多種升級方案；

一般情況下，個人推薦使用Deployment！

應用示例

[root@master yaml]# cat deployment.yaml 
kind:  Deployment
apiVersion: extensions/v1beta1
metadata:
  name: http-deployment
spec:
  replicas: 2
  selector:
    matchLabels:
      name: http-deployment
  template:
    metadata:
      labels:
        name: http-deployment
    spec:
      containers:
      - name: http-deployment
        image: httpd
[root@master yaml]# kubectl apply -f deployment.yaml 
[root@master yaml]# kubectl get deployments. http-deployment 
NAME              READY   UP-TO-DATE   AVAILABLE   AGE
http-deployment   2/2     2            2           9s
[root@master yaml]# kubectl get pod -o wide
NAME                               READY   STATUS    RESTARTS   AGE   IP           NODE     NOMINATED NODE   READINESS GATES
http-deployment-548ddf7b65-77vfk   1/1     Running   0          18s   10.244.1.7   node01   <none>           <none>
http-deployment-548ddf7b65-hdczk   1/1     Running   0          18s   10.244.2.7   node02   <none>           <none>
[root@master yaml]# kubectl delete -f deployment.yaml 

4）DaemonSet（DS）

基本概念

DaemonSet確保全部（或者一些）Node節點上運行一個Pod 的副本，可使用節點選擇器及節點標簽指定Pod僅在部分Node節點運行。當有Node加入集群時，會為他們新增一個Pod；當有Node從集群移除時，這些Pod也會被回收。刪除 DaemonSet將會刪除它創建的所有Pod。DaemonSet常用于存儲、日志、監控類守護進程。

DeamonSet簡單的用法是，在所有的 Node 上都存在一個 DaemonSet，將被作為每種類型的 daemon 使用。 一個稍微復雜的用法可能是，對單獨的每種類型的 daemon 使用多個 DaemonSet，但具有不同的標志，和/或對不同硬件類型具有不同的內存、CPU要求。

應用示例

[root@master yaml]# cat ds.yaml 
kind:  DaemonSet
apiVersion: extensions/v1beta1
metadata:
  name: http-ds
spec:
  selector:
    matchLabels:
      name: http-ds
  template:
    metadata:
      labels:
        name: http-ds
    spec:
      containers:
      - name: http-ds
        image: httpd
[root@master yaml]# kubectl apply -f ds.yaml 
daemonset.extensions/http-ds created
[root@master yaml]# kubectl get ds http-ds 
NAME      DESIRED   CURRENT   READY   UP-TO-DATE   AVAILABLE   NODE SELECTOR   AGE
http-ds   2         2         2       2            2           <none>          17s
[root@master yaml]# kubectl get pod
NAME            READY   STATUS    RESTARTS   AGE
http-ds-gkscx   1/1     Running   0          39s
http-ds-nbq69   1/1     Running   0          39s
[root@master yaml]# kubectl delete -f ds.yaml 

注意：DaemonSet中不可寫replicas（副本）數量。它會根據當前k8s集群中的node自動生成！

——————————本文到此結束，感謝閱讀——————————————